SWAN技術(shù)在DAI診斷分級及預后評判中的應用研究

胡曉芳 呂學明 李博 袁紹紀

·臨床研究·

SWAN技術(shù)在DAI診斷分級及預后評判中的應用研究

胡曉芳 呂學明 李博 袁紹紀

目的研究磁共振磁敏感加權(quán)血管成像（SWAN）技術(shù)對彌漫性軸索損傷（DAI）的診斷分級及預后評價。方法選取自2013年1月至2015年3月收治于濟南軍區(qū)總醫(yī)院神經(jīng)外科符合納入標準的50例DAI患者常規(guī)行核磁T1WI、T2WI、FLAIR、SWAN掃描，比較各系列之間病灶數(shù)目差異；將SWAN序列掃描結(jié)果結(jié)合患者GCS評分對DAI進行分級，進一步分析SWAN影像結(jié)果影響DAI患者分級及預后GOS評分的因素。結(jié)果（1）SWAN對顱內(nèi)微小出血灶數(shù)目檢出率明顯高于MRI常規(guī)序列T1加權(quán)成像、T2加權(quán)成像和流動衰減反轉(zhuǎn)恢復序列（分別為985個對比53個，101個，204個，P＜0.01）。（2）SWAN檢出病灶累及部位、彌漫性腦水腫及腦干損傷程度等因素與DAI患者GCS評分分級呈正相關，與GOS評分分級呈負相關。（3）DAI預后呈兩極分化狀態(tài)，GCS評分分級越高，GOS評分越低、死亡風險值越大。結(jié)論SWAN技術(shù)對DAI診斷分級及其預后評價具有很高的準確性和可靠性，可作為僅次于病理診斷的技術(shù)手段。

彌漫性軸索損傷；磁敏感加權(quán)血管成像；微出血灶；格拉斯哥昏迷評分；格拉斯哥預后評分

彌漫性軸索損傷 （diffuse axonal injuery，DAI）是外傷性腦損傷（traumatic brain injuries，TBI）中最嚴重的損傷之一，是引發(fā)TBI患者死亡、植物生存或嚴重神經(jīng)功能障礙的最主要原因。DAI發(fā)病率占致死性顱腦損傷的28%～42%[1]，潛在的未得到確診的DAI患者占35%～52%，確診后嚴重的DAI患者病死率高達50%[2]。早期診斷對DAI患者病情判斷及預后改善有重要的指導意義。目前對DAI診斷金標準為病理學，CT或MRI只能做為初篩方法。隨著新成像技術(shù)磁敏感加權(quán)血管成像 （star weighted angiography，SWAN）在臨床中的的應用DAI病灶的檢出率、臨床療效及預后均較以往明顯改善。本研究對臨床診斷為DAI患者SWAN上的影像學表現(xiàn)進行回顧性分析，利用SWAN、T1加權(quán)成像（T1-weighted imaging，T1WI）、T2加權(quán)成像 （T2-weighted imaging，T2WI）及流動衰減反轉(zhuǎn)恢復序列 （fluid-attenuated inversion recovery，F(xiàn)LAIR）各序列檢出DAI病灶分布部位，利用GCS評分和隨訪后得出的GOS評分等多種因素對DAI做出臨床分級及預后判斷，旨在加強認識SWAN在DAI診斷分級及預后判斷中的重要作用。

資料與方法

一、一般資料

選取自2013年1月至2015年3月濟南軍區(qū)總醫(yī)院神經(jīng)外科50例疑診DAI患者，在外傷當天接受CT掃描，CT的影像表現(xiàn)不能解釋臨床癥狀者，在病情相對穩(wěn)定的 24～72 h內(nèi)行常規(guī) MRI及SWAN掃描。

納入標準：（1）頭部有加速性損傷或旋轉(zhuǎn)暴力等病史；（2）傷后立即出現(xiàn)昏迷癥狀，一般持續(xù)時間大于6 h，少數(shù)患者有中間清醒期；（3）CT掃描疑似為DAI患者；（4）CT無明顯征象而臨床表現(xiàn)重、神經(jīng)系統(tǒng)定位體征不明顯患者；（5）手術(shù)活檢病理發(fā)現(xiàn)軸索損傷證據(jù)患者。具有上述特征的患者均可作為此次實驗納入的對象。

排除標準：對于入院行CT顱內(nèi)有明顯占位性血腫，或入院時己出現(xiàn)腦疝患者、病情危重無法行MRI者，患有中樞神經(jīng)其他疾病者，有如冠心病、高血壓等其他系統(tǒng)慢性疾病者，臨床資料不全影響實驗等情況患者給予排除。

行MRI及SWAN當天均對每位患者行GCS評分?；颊呓?jīng)過住院治療，出院后進行隨訪給予GOS評分，隨訪時間3個月。

二、實驗方法

采用美國GE Excited 3.0T超導磁共振掃描儀，行MRI常規(guī)序列及SWAN序列掃描。所有患者行橫斷面T1WI（TR 635 ms，TE 23.4 ms）、快速自旋回波（fast spin echo，F(xiàn)ST）T2WI（TR 4 600 ms，TE 110 ms）、FLAIR（TR 9 602 ms，TE 117 ms，TI2 400 ms）掃描，觀察野（fied of view，F(xiàn)ov）240 mm×240 mm，層厚5.0 mm，層間距1.5 mm，各橫軸位MR掃描定位層面相同。SWAN序列采用完全速度補償，三維、梯度回波序列，成像參數(shù)如下：TE 11 ms，TR 24 ms，F(xiàn)OV 240 mm×240 mm。掃描所得常規(guī)MRI及SWAN圖像資料刻盤存檔，排除小靜脈、鈣化灶、含鐵血黃素沉積或者腦血管周圍間隙，觀察病灶的大小、形態(tài)、數(shù)量、邊界、信號，并對圖像質(zhì)量進行評價，對診斷為DAI患者比較T1WI、T2WI、FLAIR及SWAN序列上微出血灶情況。所有的TBI患者均在接受常規(guī)MRI及SWAN掃描當天給予GCS評分。參考Levi等[3]方法，根據(jù)患者GCS評分及瞳孔有無改變，把DAI分為4級：I級GCS 11～15分；Ⅱ級：GCS 6～10分；Ⅲ級：GCS 3～5分，無瞳孔改變；Ⅳ級：GCS 3～5分，伴有瞳孔改變。50例患者情況如下：I級9例（18%），Ⅱ級 12例（24%），Ⅲ級 16例（32%），Ⅳ級13例（26%）。經(jīng)濟南軍區(qū)總醫(yī)院神經(jīng)外科住院治療后，出院后隨訪時間3個月，對每例患者進行GOS評分。SWAN對DAI分級參照Levi等[3]提出的上述分級標準進行。

三、統(tǒng)計學分析

使用SPSS19.0統(tǒng)計分析軟件，用DunnettT3檢驗，以P＜0.01作為檢驗水準，選取3個層面，分析MRI常規(guī)序列及SWAN序列檢出病灶數(shù)目差異；使用χ2檢驗，以P＜0.05作為檢驗水準，分析SWAN序列中研究對象對DAI診斷分級及預后判斷；應用Graphpad統(tǒng)計分析軟件，繪制DAI各分級預后的生存曲線。

結(jié)果

一、DAI影像學表現(xiàn)

50例患者MRI常規(guī)序列與SWAN序列檢出病灶相比較，SWAN序列中出現(xiàn)的病灶有部分出現(xiàn)在常規(guī)序列上，而在SWAN為顯示的異常信號范圍外在常規(guī)序列無明顯顯示，部分患者表現(xiàn)正?；蛘咻p度腦水腫征象。SWAN成像特點為大小不等、形狀不一點狀、串珠樣、或甩鞭樣的低信號病灶（圖1）。

圖1 彌漫性軸索損傷患者不同序列的影像學特征表現(xiàn)

二、MRI各序列上DAI病灶分布及特點

在常規(guī)MRI各序列及SWAN中，SWAN的DAI病灶檢出數(shù)較常規(guī)MRI序列檢出病灶數(shù)明顯增多，選取經(jīng)胼胝體干層面、經(jīng)上丘和后連合、經(jīng)小腦上腳三個層面，用工作站自帶軟件分別計算每例患者各層面檢出病灶數(shù)目，50例患者SWAN序列三個層面病灶總數(shù)相加得出數(shù)據(jù)，如表1所示，病灶檢出數(shù)目SWAN＞FLAIR＞T2WI＞T1WI（僅做描述性表述）。

表1 50例常規(guī)MRI各序列及磁敏感加權(quán)血管成像檢出彌漫性軸索損傷病灶數(shù)目（個）

三、SWAN對DAI的分級

本研究參考Levi等[3]方法將50例患者分為Ⅰ～Ⅳ級。在SWAN序列上，Ⅰ級9例（18%），Ⅱ級12例（24%），Ⅲ級16例（32%），Ⅳ級13例（26%）。Ⅰ級DAI患者CT掃描未見明顯異常，MRI可顯示出血點，SWAN可見散在的低信號出血點，主要分布在額葉、腦室周圍等白質(zhì)區(qū)呈紡錘形或條形信號，長軸呈甩鞭樣或串珠狀，病灶未累計中線，無彌漫性腦腫脹（diffuse brain swelling，DBS），無腦干損傷等。Ⅱ級DAI患者部分CT掃描可發(fā)現(xiàn)病灶，常規(guī)MRI掃描T2、FLAIR序列可出現(xiàn)低信號或者高信號出血灶，SWAN顯示出病灶已累及胼胝體等中線部位，呈斑片狀或小結(jié)節(jié)狀改變，少數(shù)患者伴有DBS，中線移位不明顯，通常小于5 mm，腦干無明顯損傷。Ⅲ級DAI病灶主要涉及胼胝體及腦干，多數(shù)出現(xiàn)DBS，中線移位小于5 mm，部分雙側(cè)DBS無中線移位，環(huán)池受壓或者消失。Ⅳ級DAI病灶不但涉及胼胝體等中線部位，主要伴發(fā)腦干原發(fā)損傷，和/或嚴重DBS，中線移位＞5 mm，或有明顯手術(shù)指征等?；赟WAN在DAI分級的不同影像學表現(xiàn)，如表2所示與分級密切關聯(lián)的因素主要包括：微出血病灶檢出及累及部位、環(huán)池變化、腦干損傷及DBS。而中線移位、合并挫裂傷及蛛網(wǎng)膜下腔出血等其他影像特征與GCS分級無關。

四、預后評估分析

（一）SWAN影像表現(xiàn)與DAI預后分析

50例臨床診斷DAI患者出院后經(jīng)3個月隨訪得出良好（5分）17例（34%），較差（4分）4例（8%），差（3分）5例（10%），植物生存（2分）5例（10%），死亡（1分）19例（38%）。分析SWAN各項閱片指標與DAI患者預后分級的相關性。由表3可見病灶累及中線、中線移位、腦干損傷、DBS與DAI患者的GOS分級相關。而病灶數(shù)量、環(huán)池變化及并其他腦傷患者GOS分級無關。

表2 彌漫性軸索損傷各項閱片指標與DAI分級的卡方檢驗結(jié)果

表3 磁敏感加權(quán)血管成像各項閱片指標與彌漫性軸索損傷患者預后的相關性分析結(jié)果

（二）DAI患者生存分析

將不同分級50例患者出院后3個月內(nèi)隨訪期間的生存時間繪制生存曲線，隨訪截止日期為2015年3月1日，以隨訪時間為橫軸，以生存率為縱軸作圖。如圖2所示，從50例患者分級的生存曲線明顯看出，Ⅰ、Ⅱ級患者生存曲線非常平緩，尤其Ⅰ及患者生存曲線為直線，代表DAI一級患者存活率為100%；Ⅲ、Ⅳ級患者生存曲線較Ⅰ、Ⅱ級明顯陡峭，生存期短，Ⅳ級生存率最低，Ⅲ級患者生存曲線雖然沒有Ⅳ級陡峭，有長拖尾，說明即使生存時間超過3個月的患者幾乎為植物狀態(tài)，且生存質(zhì)量很低。另外，從曲線的走向明顯看出DAI患者預后呈明顯兩級分化趨勢。

圖2 50例患者的分級與預后生存曲線

討論

DAI是TBI中最嚴重的損傷之一，是引發(fā)TBI患者死亡、植物生存或嚴重神經(jīng)功能障礙的最主要原因?；颊哳^部在加速度外力作用下突然旋轉(zhuǎn)和減速運動使不同質(zhì)量的腦組織產(chǎn)生剪應力，導致神經(jīng)軸索損傷發(fā)生斷裂，因此，損傷軸索周圍的毛細血管也受到撕裂，出現(xiàn)微小的灶性出血[4-6]，這是目前DAI患者最重要的損傷機制。大量國內(nèi)外研究資料顯示：DAI患者顱內(nèi)病灶易損區(qū)主要分布于密度不同的腦組織間，常見于白質(zhì)與灰質(zhì)交界處，胼胝體和腦干頭端[7]。部分學者研究認為，DAI出血灶總數(shù)與GCS評分具有相關性，而且與患者昏迷天數(shù)呈正相關[8-11]。也有文獻報道DAI病灶累及近腦中線部位者患者GCS評分較低，臨床癥狀重，預后差[12]。本研究中觀察50例患者SWAN序列病灶分布亦常見于這三個部位。DAI患者預后呈兩極分化狀態(tài)，GCS評分低可存活的患者預后大多很差，例如記憶力、語言能力、計算能力損害，運動功能的喪失或減弱，最嚴重為植物狀態(tài)長期生存[13]。

DAI確診的金標準為病理診斷，但在臨床應用中有很大局限性，對于絕大多數(shù)TBI患者無法獲取病理標本。DAI通過影像學診斷主要依據(jù)TBI患者顱內(nèi)微小出血灶，近年研究顯示神經(jīng)軸索損傷不會發(fā)生出血，也無有效的檢查方法可以檢測神經(jīng)軸索本身損傷。臨床中對TBI患者入院初步診斷主要依靠CT掃描，絕大多數(shù)CT結(jié)果顯示無異常，但患者臨床表現(xiàn)為同神經(jīng)體征不相符的持續(xù)昏迷，傷后早期尤為多見。對于病情無法解釋者行MRI檢查彌補CT不足，但微小病灶和輕度的DAI在MRI常規(guī)序列檢出率很低，造成假陰性結(jié)果。目前隨著SWAN、SWI和其他衍生序列、彌散加權(quán)成像、彌散張量成像等新型影像技術(shù)誕生，對DAI患者的診斷有很大提高，對病灶數(shù)目、血腫體積、水腫程度等能明確體現(xiàn)出來。病灶顯示為低信號與周圍組織有明顯區(qū)別[14]。Tong等[15,16]研究結(jié)果顯示磁敏感加權(quán)成像檢出DAI病灶數(shù)目是T2WI的4～7倍，病灶體積是T2WI的2倍。利用其對微小出血的敏感性[17,18]，早期診斷DAI，提高臨床對DAI的診治水平及傷情判斷和預后評估有著重要的臨床意義[19,20]。

SWAN與GCS評分相結(jié)合對DAI分級及預后均有很大臨床意義。DAI軸索本身損傷缺乏有力的檢查依據(jù)，但軸突的廣泛損傷可引起不同程度昏迷或意識障礙的，且持續(xù)時間較長。50例患者中，DAII級患者昏迷時間持續(xù)在6～24 h之間，瞳孔光反存在，CT掃描結(jié)果幾乎無DAI表現(xiàn)，經(jīng)過治療后大部分3 d左右可遵醫(yī)囑活動，出院3個月隨訪中恢復良好，個別有遺忘、煩躁癥狀，也可稱這類患者為輕型彌漫性軸索損傷；DAIⅡ級患者昏迷時間大概在24～72 h之間，往往完全清醒平均時間需要10 d左右，CT可見個別的出血灶，也可并發(fā)其他類型腦損傷。MRI掃描可發(fā)現(xiàn)微小出血灶，檢出率高于CT。經(jīng)過治療及出院隨訪，最嚴重表現(xiàn)為認知缺陷，個性變化，思維簡單，工作能力較受傷前降低。死亡患者非DAI導致，由其他并發(fā)癥引起，不足說明DAIⅡ級患者死亡率，可稱為中型彌漫性軸索損傷。DAIⅢ級患者典型臨床表現(xiàn)為深昏迷，軸索損傷嚴重、廣泛，病灶累計間腦、腦干，持續(xù)去皮質(zhì)強直狀態(tài)是其最嚴重特征表現(xiàn)，但瞳孔有光反存在，多伴隨嚴重DBS，SAH等病死率高，歸為重型彌漫性軸索損傷。DAIⅣ級，以深昏迷和持續(xù)去腦強直為表現(xiàn)特征。GCS評分3～5分，大多瞳孔散大固定，無光反。評分3分死亡率高達78.4%，預后極差。幸存者多為植物狀態(tài)生存或者重度殘廢，又稱特重型彌漫性軸索損傷。本研究對DAI的診斷分級主要結(jié)合常規(guī)MRI序列及SWAN的影像學表現(xiàn)，可作為僅次于病理診斷的技術(shù)手段。

[1]Adams JH,Graham DI,Gennarelli TA,et al.Diffuse axonal injury in non-missile head injury[J].J Neurol Neurosurg Psychiatry, 1991,54(6):481-483.

[2]吳承遠,劉玉光.臨床神經(jīng)外科學[M].2版,北京:人民衛(wèi)生出版社,2007:948.

[3]Levi L,Guilburd JN,Lemberger A,et al.Diffuse axonal injury: analysis of 100 patients with radiological signs[J].Neurosurgery, 1990,27(3):429-432.

[4]Smith DH,Chen XH,Xu BN,et al.Characterization of diffuse axonal pathology and selective hippocampal damage following inertial brain trauma in the pig[J].J Neuropathol Exp Neurol,1997, 56(7):822-834.

[5]Marmarou A,Foda MA,van den Brink W,et al.A new model of diffuse brain injury in rats.Part I:Pathophysiology and biomechanics[J].J Neurosurg,1994,80(2):291-300.

[6]Meaney DF,Ross DT,Winkelstein BA,et al.Modification of the cortical impact model to produce axonal injury in the rat cerebral cortex[J].J Neurotrauma,1994,11(5):599-612.

[7]Adams JH,Graham DI,Murray LS,et al.Diffuse axonal injury due to nonmissile head injury in humans:an analysis of 45 cases [J].Ann Neurol,1982,12(6):557-563.

[8]Akiyama Y,Miyata K,Harada K,et al.Susceptibility-weighted magnetic resonance imaging for the detection of cerebral microhemorrhage in patients with traumatic brain injury[J]. Neurol Med Chir(Tokyo),2009,49(3):97-99.

[9]Tong KA,Ashwal S,Holshouser BA,et al.Hemorrhagic shearing lesions in children and adolescents with posttraumatic diffuse axonal injury:improved detection and initial results[J].Radiology, 2003,227(2):332-339.

[10]Park JH,Park SW,Kang SH,et al.Detection of traumatic cerebral microbleeds by susceptibility-weighted image of MRI[J]. J Korean Neurosurg Soc,2009,46(4):365-369.

[11]楊昂,張雪林,陳燕萍,等.SWI在彌漫性軸索損傷中腦內(nèi)出血灶的診斷應用[J].臨床放射學雜志,2010,29(4):436-440.

[12]韓成坤,史浩.磁共振在診斷彌漫性軸索損傷中的應用進展[J].醫(yī)學影像學雜志,2009,19(8):1055-1058.

[13]Mittl RL,Grossman RI,Hiehle JF,et al.Prevalence of MR evidence of diffuse axonal injury in patients with mild head injury and normal head CT findings[J].AJNR Am J Neuroradiol, 1994,15(8):1583-1589.

[14]Haacke EM,Xu Y,Cheng YC,et al.Susceptibility weighted imaging(SWI)[J].Magn Reson Med,2004,52(3):612-618.

[15]Tong KA,Ashwal S,Holshouser BA,et al.Hemorrhagic shearing lesions in children and adolescents with posttraumatic diffuse axonal injury:improved detection and initial results[J].Radiology, 2003,227(2):332-339.

[16]Tong KA,Ashwal S,Obenaus A,et al.Susceptibility-weightedMR imaging:a review of clinical applications in children[J]. AJNR Am J Neuroradiol,2008,29(1):9-17.

[17]王麗娟,劉玉波,王光彬.磁敏感加權(quán)成像原理概述[J].磁共振成像,2010,1(3):227-230.

[18]趙殿閣.磁敏感加權(quán)成像術(shù)在診斷急性彌漫性軸索損傷中的應用[J].中國臨床研究,2014,27(4):472-473.

[19]Hammoud DA,Wasserman BA.Diffuse axonal injuries: pathophysiology and imaging[J].Neuroimaging Clin N Am,2002, 12(2):205-216.

[20]Iwamura A,Taoka T,Fukusumi A,et al.Diffuse vascular injury: convergent-type hemorrhage in the supratentorial white matter on susceptibility-weighted image in cases of severe traumatic brain damage[J].Neuroradiology,2012,54(4):335-343.

Application of SWAN technology in DAI diagnosis classification and prognosis evaluation

Hu Xiaofang,Lyu Xueming,Li Bo,Yuan Shaoji.Department of Neurosurgery,Ji’nan Militray General Hospital,Ji’nan 250031,China

Yuan Shaoji,Email:libo_soldier@aliyun.com

ObjectiveTo study the value of star weighted angiography (SWAN）in the diagnostic grading and prognostic evaluation of patients with brain DAI.MethodsFifty patients with brain DAI hospitalized in Department of Neurosurgery of Ji’nan Military General Hospital during 2013 January to 2015 March,were selected to receive 3.0T MRI,including sequences of T1WI、T2WI、FLAIR and SWAN.The number of the lesions and distributional characteristics in each sequence was analyzed.Furthermore,the correlativity of the grading and prognosis in patients with DAI in combination with GCS score and GOS score was also analyzed.Results(1）The detection rate of cerebral microbleeds through SWAN was significantly higher than that with the method of T1WI、T2WI and FLAIR.(2）SWAN detected lesion distribution,diffuse brain swelling and brain stem injury is closely related to the GCS score grading and GOS score.(3）The prognosis of DAI displayed polarization state,the higher grade of the GCS score,the lower of GOS score,and the greater value of the risk of death.ConclusionSWAN was a reliable method for the grading of clinical diagnosis and prognosis assessment in the patients of DAI after TBI,and the accuracy of diagnosis of DAI was second only to pathological diagnosis.

Diffuse axonal injury;Star weighted angiography;Cerebral microbleeds; Glasgow coma scale;Glasgow outcome scale

2016-10-08）

（本文編輯：張麗）

10.3877/cma.j.issn.2095-9141.2016.06.002

國家自然科學基金（81471214）；濟南軍區(qū)總醫(yī)院院長基金（ZD201405）

250031 濟南，濟南軍區(qū)總醫(yī)院神經(jīng)外科

袁紹紀，Email：libo_soldier@aliyun.com

胡曉芳,呂學明,李博,等.SWAN技術(shù)在DAI診斷分級及預后評判中的應用研究[J/CD].中華神經(jīng)創(chuàng)傷外科電子雜志,2016,2 (6):328-333.